電力行業(yè)應(yīng)用背景

 

    電力行業(yè)是技術(shù)密集和裝備密集型產(chǎn)業(yè)，其獨特的生產(chǎn)與經(jīng)營方式?jīng)Q定了其發(fā)展模式的獨特性。由于行業(yè)的特殊性，電力行業(yè)對已有工程的設(shè)備提出了高安全性、高可靠性、高穩(wěn)定性的要求，對已有電力工程的竣工驗收、設(shè)備管理、檢修維護(hù)，就成了一個十分重要的課題，其主要包括電力線路巡檢、驗收、設(shè)備管理和分析等。

 

    把外業(yè)采集的高精度激光點云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，可以得到各種豐富的三維數(shù)據(jù)成果，既可以直接對點云進(jìn)行坐標(biāo)提取，距離量測，也可以再編輯得到傳統(tǒng)的DLG、DEM等，還可以結(jié)合高分辨率的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模得到三維實景模型，以實現(xiàn)數(shù)字化設(shè)備管理及各種專業(yè)分析等[11]。

 

    目前輸電線路基本位于山地，線路跨越高山大嶺、河流溝壑、微氣象區(qū)的現(xiàn)象越來越常見，為了確保輸電線路的安全運行，通常需要結(jié)合電力巡線情況對輸電線路進(jìn)行安全維護(hù)[12]。常規(guī)的電力巡線基本采用人工巡線方式，需要巡檢工人手持儀器翻山越嶺，這種方法巡線的強(qiáng)度大、周期長、效率低、危險并且昂貴。而利用三維激光測量技術(shù)可以大大提高電力線路巡檢作業(yè)的效率、降低成本。通過三維激光測量可有效獲取輸電線路通道范圍內(nèi)大量高精度的激光點云數(shù)據(jù)，經(jīng)過專業(yè)的數(shù)據(jù)處理便可以在計算機(jī)里建立輸電導(dǎo)線與線路通道范圍內(nèi)樹木、毛竹、灌木等地物的高精度三維立體數(shù)字模型，同時可以測算出輸電導(dǎo)線與毛竹或樹冠等地物的交跨距離；甚至還可以對三維激光測量中采集的植被信息處理分類，導(dǎo)入相應(yīng)地區(qū)植被的生長參數(shù)，對通道內(nèi)的植被生長情況進(jìn)行模擬，預(yù)測輸電線路中的安全風(fēng)險。

 

    1.工程概況

 

    以桃江某高壓電塔測量項目為例，該工程位于丘陵地帶，利用三維激光掃描儀對電塔進(jìn)行掃描測量。為便于描述三維激光掃描儀對電塔測量的優(yōu)勢，特選取其中一個電塔測量點云數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。在利用三維激光掃描儀測量該電塔時，在電塔周邊共設(shè)置了5個標(biāo)靶，并采用全站儀測量標(biāo)靶坐標(biāo)。

 

    2.數(shù)據(jù)采集

 

    本次項目采用TrimbleSX10三維激光掃描儀如圖2所示,其測角精度1秒和1mm+1.5ppm的無棱鏡測量精度，能保證遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)精度，再結(jié)合多個定焦以及變焦鏡頭，可以實現(xiàn)對近景、中景、遠(yuǎn)景進(jìn)行高分辨率影像的無損有效采集。

 

   
 Trimble SX10三維激光掃描儀

 

    3.數(shù)據(jù)處理

 

    利用TrimbleBusinessCenter軟件處理三維激光掃描數(shù)據(jù)如圖3與圖4所示。采用TrimbleBusinessCenter軟件對外業(yè)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行點云數(shù)據(jù)去噪、點云數(shù)據(jù)拼接、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換等。點云數(shù)據(jù)去噪是通過TrimbleBusinessCenter軟件對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行著色，可通過軟件的自動分類工具對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分類，然后利用軟件的點云分割功能對點云細(xì)分，剔除誤差較大點位。TrimbleBusinessCenter軟件可根據(jù)三維激光掃描儀測量時的標(biāo)靶對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行自動拼接，拼接誤差可根據(jù)設(shè)置誤差閾值進(jìn)行調(diào)整。三維激光掃描儀測量得到的點云數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)并不是常規(guī)坐標(biāo)系，故需對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，TrimbleBusinessCenter軟件具備自動坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換工具，可根據(jù)4個以上標(biāo)靶坐標(biāo)便可將點云測量坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為常規(guī)坐標(biāo)。

 

            

 

    4.點云數(shù)據(jù)分析

 

    根據(jù)TrimbleBusinessCenter軟件處理得到的三維模型成品，可直接對電塔進(jìn)行電塔高度測量、凈空高測量，如圖5所示。該三維模型成品經(jīng)過地理編碼，可將三維激光測量坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為常規(guī)測量坐標(biāo)系統(tǒng)，故可在三維模型中直接獲取該電塔的坐標(biāo)值。
 

    5.精度分析

 

    為驗證三維激光掃描儀測量精度，特對該電塔用全站儀進(jìn)行了塔高測量、凈空高測量與坐標(biāo)測量。本文采用全站儀（測角精度2秒,距離精度1mm+1.5ppm），根據(jù)現(xiàn)場保留的高精度施工控制點對電塔進(jìn)行測量，得到塔高、凈空高與坐標(biāo)數(shù)據(jù)。通過三維激光掃描儀得到的測量數(shù)據(jù)與全站儀得到的測量數(shù)據(jù)對比見表1與表2，對比結(jié)果為電塔高度相差6.4cm，凈空高度相差4.5cm，坐標(biāo)相差值較小，基本在2cm以內(nèi)，高程相差2.6cm。因坐標(biāo)值是通過測量靶標(biāo)得到的，故三維激光掃描儀測量目標(biāo)與全站儀所測量目標(biāo)一致，進(jìn)而坐標(biāo)值對比相對高度測量對比差異較小。通過三維激光掃描儀測量結(jié)果的精度分析可知，在布設(shè)標(biāo)靶位置測量精度較高的情況下，滿足電力測量的精度要求。

 

    6.結(jié)論

 

    以往新建電力工程驗收過程中一般使用全站儀測量，數(shù)據(jù)會受到風(fēng)振、溫差和人為等因素的影響，效率較低，驗收測量精度較差。本文所述實驗將三維激光測量技術(shù)應(yīng)用到電力工程領(lǐng)域，利用地面三維激光掃描儀其非接觸式測量、安全快速、數(shù)據(jù)精度可靠性高等優(yōu)點，測得的電塔塔高數(shù)據(jù)、凈空高數(shù)據(jù)和坐標(biāo)數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)的全站儀測量結(jié)果相比在誤差允許范圍以內(nèi)，大大降低人為因素在測量上引起的誤差，提高了作業(yè)的效率和安全性。